Energia elettrica pulita e continua - Prima parte

Entro il 2050, il mondo dovrà generare quasi tre volte più elettricità di quella che consumiamo oggi. E dobbiamo generarla in modo pulito. È una sfida enorme.

Le tecnologie principali che guidano questo cambiamento sono quelle legate soprattutto a nuovi approcci alla geotermia, all'energia da fusione e all'idrogeno geologico - alcuni più vicini alla commercializzazione di quanto la maggior parte delle persone pensi, altri che potrebbero ancora essere lontani decenni. 

La buona notizia è che, a quanto pare, per la prima volta nell'UE l'energia eolica e solare stanno generando più elettricità dei combustibili fossili. Stiamo assistendo a un chiaro cambiamento, poiché il sistema elettrico mondiale sta diventando più diversificato, innovativo e dinamico che mai.

Non è troppo tardi? Non ci stiamo dirigendo verso un mondo più caldo di 5 o 6 °C?  Premesso che, a scala planetaria, ogni decimo di grado conta non c'è un momento in cui sia troppo tardi per limitare il riscaldamento e ridurre i danni causati dai cambiamenti climatici. I risultati saranno diversi pur avendo superato da tempo alcuni punti di non ritorno.

Sappiamo, in tutta onestà, che l'obiettivo di 1,5 °C è morto, ma ciò non deve far desistere dal proseguire sulla strada tracciata. Occorre smettere di ossessionarci con obiettivi arbitrari e invece concentrarsi su come contribuire a ridurre le nostre emissioni di carbonio il più rapidamente possibile. E diffidate sui titoloni basati sugli scenari peggiori. Conoscere l'impatto di questi casi estremi è utile per gli scienziati, ma non per i politici o per il pubblico, che tendono a considerare tutto ciò come esito più probabile.

Uno dei motivi per cui probabilmente non ci stiamo dirigendo verso uno scenario peggiore è che la transizione energetica sta procedendo a una velocità sorprendente in molti settori. L'energia da solare ed eolico si sta diffondendo più rapidamente di qualsiasi altra fonte energetica nella storia. In un solo anno, ad esempio, la Cina ha costruito una capacità di energia solare ed eolica sufficiente ad alimentare l'intero Regno Unito, e metà delle auto vendute in quel paese sono ormai elettriche.

Questi sono motivi per essere ottimisti, ma non scuse per adagiarsi sugli allori. Dobbiamo diffondere le energie rinnovabili ancora più rapidamente e continuare a lavorare su nuove scoperte, come l'acciaio, il cemento e il carburante per l'aviazione a basse emissioni. Queste innovazioni sarebbero necessarie anche se non ci fosse la possibilità che il clima raggiunga un punto di non ritorno e inizi a riscaldarsi più velocemente di quanto previsto dagli scienziati. 

Il raggiungimento di un futuro energetico privo delle emissioni di gas serra di natura antropica, unica responsabile della crisi climatica e delle sue conseguenze, dipende dalla decarbonizzazione rapida degli attuali impianti di produzione di energia elettrica, alimentati soprattutto a carbone e gas, accompagnati da una loro crescita, viste le proiezioni di fabbisogno energetico in vista e delle possibili conseguenze del cosiddetto picco del petrolio, argomenti ampiamente trattati nel recente libro di Fred Vargas “Un nuovo modo di vivere”.

Potenza installata di energia elettrica (dati per fonte - 2024)

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Le analisi dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) suggeriscono che la domanda globale di elettricità è destinata ad aumentare drasticamente entro il 2050 in tutti gli scenari futuri, con l'aumento più rapido dopo il 2030. Negli Stati Uniti e in Europa, la maggior parte delle analisi sull'evoluzione dell'elettricità presuppone aumenti significativi, spesso del 200%-400%, della domanda e dell'offerta di elettricità nello stesso periodo. Anche prima di considerare la decarbonizzazione, soddisfare in modo affidabile la crescita del carico e sostituire al contempo le infrastrutture obsolete richiederà un notevole sviluppo di nuove infrastrutture. Una delle previsioni più affidabili prevede che l'Europa avrà bisogno di oltre 100 GW di nuova capacità entro il 2035 per mantenere l'affidabilità attuale. Sempre che questi scenari di crescita continua siano davvero sostenibili, appare evidente che la produzione energetica futura dovrà sempre più spostarsi nella direzione di nuove tecnologie.

Nota. In questo post, in linea di massima e salvo diversa specificazione, ogni qual volta che ci si riferirà a energia pulita, alla produzione continua (continua è la parola chiave) di elettricità, sarà fatto in riferimento alle tecnologie illustrate di seguito, e non alle rinnovabili tradizionali come solare ed eolico che, come noto, sono intermittenti e proprio per questo hanno bisogno di accumulo e stoccaggio della produzione.

La realizzazione di un sistema energetico affidabile e al minimo costo dipenderà non solo dall'espansione delle energie rinnovabili, dello stoccaggio e delle soluzioni imposte dalla domanda, ma anche dall'implementazione di tecnologie per l'elettricità pulite e con capacità complementari. Una sorta di portafoglio di investimenti ben bilanciato, un mix tecnologico diversificato che offra vantaggi su orizzonti temporali di lungo periodo.

Una categoria di tecnologie per l'energia pulita con un potenziale significativo inutilizzato, consiste quindi in fonti di generazione di energia elettrica programmabili e a basse emissioni e che non dipendono dalle condizioni meteorologiche. Questo gruppo include la fissione nucleare, la fusione nucleare, la geotermia, la generazione da combustibili fossili con elevati livelli di cattura del carbonio e mitigazione del metano a monte, e la combustione o gassificazione di biomassa da fonti sostenibili o combustibili sintetici a basse emissioni di carbonio. Sebbene ciascuna di queste tecnologie presenti caratteristiche uniche, il loro valore comune risiede nella capacità di fornire in modo affidabile energia elettrica pulita quando e per tutto il tempo necessario. Alcune di queste tecnologie presentano anche ulteriori caratteristiche vantaggiose, tra cui il ridotto utilizzo del suolo, la flessibilità di ubicazione, la riduzione dei requisiti infrastrutturali di trasmissione e il basso fabbisogno di minerali critici.

Sul potenziale energetico della biomassa (metanizzatori, legno e biocarburanti), e sui carburanti alternativi, va detto che presentano numerosi limiti, pratici ed economici.

La necessità di promuovere opzioni tecnologiche pulite è oggi più urgente che mai. L'aumento dei costi dell'elettricità, le preoccupazioni relative all'affidabilità, la crescita del carico prevista ma incerta e il rallentamento dei progressi in ambito climatico stanno esercitando una maggiore pressione sulle strategie di energia pulita per raggiungere la decarbonizzazione a costi inferiori. Se si vuole soddisfare la crescente domanda di elettricità e raggiungere la decarbonizzazione dell'intera economia nei prossimi decenni, le tecnologie di generazione di energia pulita potrebbero essere elementi essenziali della soluzione, a condizione che siano disponibili e implementabili in commercio.

Per sfruttare i vantaggi delle tecnologie di generazione di energia pulita, tuttavia, è necessario affrontare le sfide che ne caratterizzano la commercializzazione o l'implementazione. Un ostacolo iniziale è l'esclusione delle tecnologie di generazione di energia pulita dalla politica sull'elettricità pulita: alcuni obiettivi governativi per l'energia pulita attualmente escludono le tecnologie di generazione di energia pulita dall'idoneità a determinati incentivi e addirittura alcune giurisdizioni vietano del tutto l'implementazione di alcune loro forme di energia pulita. Pochi governi hanno intrapreso iniziative per accelerare la commercializzazione delle tecnologie di generazione di energia pulita.

Oltre all'esclusione dai quadri politici esistenti, le sfide che la commercializzazione e l'implementazione della generazione di energia pulita includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, i costi e i rischi dei progetti in fase iniziale, le lacune o l'incertezza delle politiche e le carenze nella pianificazione del sistema elettrico. Per le tecnologie comprovate, come le tecnologie nucleari esistenti, la geotermia di nuova generazione e la cattura del carbonio, queste barriere ne hanno ostacolato l'implementazione. Per le tecnologie emergenti più recenti, queste sfide hanno finora portato a una persistente mancanza di finanziamenti per le imprese pulite nella fase iniziale di commercializzazione e, di conseguenza, alla loro implementazione e al progresso tecnologico. Ciò crea un circolo vizioso in cui le carenze nell'implementazione a breve termine si traducono in un progresso tecnologico stagnante e in una percezione continua di rischio finanziario, ostacolando ulteriormente l'implementazione.

Come spesso accade inoltre, la mancanza di un quadro d’insieme e di un’azione comune aggrava lo stato di fatto che vede enormemente in ritardo l’attuazione di piani strategici ambientali e climatici.

Per superare gli ostacoli a breve termine e sfruttare i benefici a lungo termine dell'energia pulita, sono disponibili leve politiche a tutti i livelli di governo. Per raggiungere il successo, i decisori politici dovrebbero lavorare lungo due percorsi paralleli: in primo luogo, consentire l'implementazione a breve termine di tecnologie di generazione di energia pulita per supportare la commercializzazione della tecnologia e la riduzione dei costi, e in secondo luogo, attuare una pianificazione e politiche a lungo termine che consentano l'integrazione ottimale delle tecnologie di generazione di energia pulita nel settore elettrico.

La commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita e continua deve fungere da complemento, non da sostituto, di riforme ambiziose che affrontino direttamente gli ostacoli all'implementazione a breve termine delle tecnologie pulite attualmente in commercio, come il solare, l'eolico e l'accumulo. La maggior parte delle tecnologie di generazione di energia pulita e continua non sarà ampiamente implementabile nei prossimi cinque anni per soddisfare la crescita del carico a breve termine. Inoltre, anche con tecnologie di generazione di energia pulita e continua economicamente convenienti e disponibili, sarà necessario un significativo sviluppo di energie rinnovabili, accumulo, trasmissione e gestione della domanda nel lungo termine. Tuttavia, se la commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita e continua può essere accelerata nel breve termine, la loro futura disponibilità aiuterà il sistema elettrico a decarbonizzare più rapidamente, in modo più conveniente e resiliente.

Clean Firm Generation
La cosiddetta produzione (generazione in tal senso) pulita, da impianti green consiste in generazione elettrica a basse emissioni e dispacciabile  (in inglese dispatchable, traducibile anche con programmabile), e che non dipende dal clima (abbiamo incontrato qui questo aspetto). In altre parole queste, a differenza di eolico e solare intermittenti, garantiscono la stabilità della rete, riducendo le necessità di accumulo a lungo termine e di espansione infrastrutturale. Si distinguono per la loro capacità di generare energia pulita su richiesta per un periodo di tempo praticamente indefinito. Nel seguito verranno prese in considerazione le tecnologie di questo tipo considerate concrete, per la loro capacità di fornire energia di questo tipo. 

Tecnologie chiave di Clean Firm Generation

• Nucleare avanzato - Reattori di nuova generazione e reattori modulari piccoli (SMR).
• Geotermia avanzata (EGS) - Sfruttamento del calore terrestre continuo.
• Gas con cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) - Impianti a gas naturale dotati di tecnologie per catturare e stoccare le emissioni di CO₂.
• Idrogeno a basse emissioni - Turbine alimentate da idrogeno, indipendentemente da come questo sia prodotto.
• Biomassa con CCS (BECCS) - Produzione di energia da biomasse con cattura del CO₂.
• Stoccaggio di energia a lunga durata (LDES) - Sistemi capaci di fornire energia per giorni o settimane. 

Perché è fondamentale

• Affidabilità - Risolve la "volatilità" delle rinnovabili variabili, assicurando energia h24.
• Efficienza infrastrutturale - Riduce la necessità di costruire un numero eccessivo di parchi eolici/solari e nuove linee di trasmissione, abbattendo i costi totali di decarbonizzazione.
• Supporto ai carichi pesanti - Essenziale per le utenze che richiedono energia 24/7, come i grandi data center. 

Sebbene alcune tecnologie siano ancora costose o in fase di sviluppo, la clean firm generation è considerata un pilastro fondamentale per le reti elettriche a zero emissioni entro il 2050.

Le tecnologie di generazione pulita di energia elettrica, che non sia ovviamente il cosiddetto idroelettrico, includono geotermia, fissione e fusione nucleare, combustibili fossili ma associati ad alti livelli di cattura di carbonio e mitigazione del metano a monte, e combustione a biomassa o combustibili sintetici puliti con fonti sostenibili a basse emissioni (ad esempio, idrogeno a basso contenuto di carbonio). La disponibilità commerciale di queste tecnologie varia molto. Per alcune di queste è stato già dimostrato che possiedono le capacità tecniche per essere implementate su scala commerciale o per impianti prossimi ai luoghi di fruizione, ma ancora oggi devono confrontarsi con costi eccessivi, catene di approvvigionamento lacunose o mancanti o l’assenza di altre infrastrutture, nonché nella mancanza di finanziamenti. Altre tecnologie sono ancora oggi sono ancora agli inizi, richiedendo ulteriori ricerche, sviluppo e dimostrazioni per raggiungere la commerciabilità.

Tre sono le tematiche da analizzare in questo ambito.

• Cosa: ovvero le opzioni tecnologiche per la generazione di clean firm e loro stato attuale.
• Perché: potenziale delle tecnologie di generazione di energia pulita per ridurre i costi di sistema della decarbonizzazione e gestire i rischi di velocità e scala della decarbonizzazione, garantendo al contempo affidabilità.
• Come: azioni politiche in grado di superare gli ostacoli e accelerare la commercializzazione delle tecnologie di generazione di energia pulita. Quest'ultima parte non sarà oggetto di analisi.

 Il cosa sarà il tema di questo primo post.

Geotermico

Schema di impianto geotermico a roccia supercalda

Le centrali geotermiche sfruttano il calore naturale proveniente dalle profondità del sottosuolo per produrre energia. Utilizzando l'acqua (o un altro fluido), il calore della Terra viene portato in superficie, dove viene utilizzato per far girare una turbina e produrre elettricità.

L'energia geotermica convenzionale (talvolta nota come idrotermale) consiste in tecnologie consolidate che producono energia da sacche sotterranee naturali di acqua calda o vapore. L'energia idrotermale è utilizzata da oltre cento anni. Tuttavia, i bacini idrotermali sono rari e geograficamente concentrati, il che limita la quantità di energia che questa tecnologia può produrre e le località in cui può essere utilizzata.

Le recenti innovazioni nelle tecnologie geotermiche di nuova generazione hanno reso possibile l'utilizzo dell'energia geotermica in più luoghi, ampliandone notevolmente il potenziale. Anziché dipendere da sacche preesistenti di acqua calda, la geotermia di nuova generazione sfrutta la roccia asciutta, facendo circolare l'acqua al suo interno per estrarre calore. Esistono molteplici meccanismi per produrre energia geotermica di nuova generazione: i sistemi geotermici avanzati (EGS) creano serbatoi artificiali fratturando la roccia calda, i sistemi geotermici a circuito chiuso (CLGS) fanno circolare i fluidi attraverso pozzi sigillati senza interagire con la roccia circostante e vari sistemi ibridi combinano elementi di EGS e CLGS. Indipendentemente dall'approccio, ciò che i sistemi geotermici di nuova generazione hanno in comune è che consentono lo sviluppo geotermico su un'area geografica molto più ampia di quanto fosse possibile in precedenza.

Lo sviluppo dell'energia geotermica ha tradizionalmente puntato su risorse a temperature moderatamente superiori al punto di ebollizione dell'acqua. La geotermia a roccia supercalda (Superhot Rock Energy - SHR), vista nel post citato prima, è una nuova frontiera dell'energia geotermica che punta a temperature ancora più elevate, presenti nelle profondità della crosta terrestre, dove l'acqua può trasformarsi in un fluido supercritico, una fase della materia che trasferisce il calore in modo più efficiente rispetto al vapore o all'acqua liquida. Questo apre la possibilità di estrarre molta più energia per pozzo rispetto ai sistemi tradizionali o agli attuali sistemi di nuova generazione, ampliando l'intervallo geografico di disponibilità e riducendo drasticamente i costi.

Nel settore energetico, la geotermia ha il potenziale per fornire elettricità pulita su larga scala, 24 ore su 24, grazie alla sua indipendenza dalle condizioni meteorologiche e alla complessità meccanica relativamente bassa. I sistemi geotermici raggiungono comunemente fattori di disponibilità compresi tra il 90% e il 96%, paragonabili a quelli dell'energia nucleare. Richiedono inoltre relativamente poco terreno rispetto ad altre fonti di energia pulita e potrebbero essere implementati in molte regioni utilizzando le infrastrutture petrolifere e del gas esistenti e le competenze della forza lavoro (ne scrissi anche a novembre 2024, raccontando della Quaise Energy).

Infine, questa tecnologia ha la capacità di scalare per soddisfare la crescente domanda. I primi modelli e la mappatura di Clean Air Task Force (CATF) suggeriscono che l'SHR potrebbe fornire oltre 4 TW di capacità potenziale solo per gli USA, supportando fino a 8 volte il consumo di elettricità degli USA nel 2021 , e che solo l'1% del calore disponibile in Europa potrebbe alimentare l'equivalente di 1400 Berlino.

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Tuttavia, le tecnologie geotermiche di nuova generazione devono affrontare sfide cruciali prima di raggiungere la scala commerciale. Per i sistemi di nuova generazione che operano alle temperature accessibili odierne, le esigenze principali sono la dimostrazione tecnologica su larga scala e a lungo termine, una migliore condivisione dei dati e uno sviluppo esteso in una gamma più ampia di contesti geologici. Per i sistemi SHR, è necessaria ulteriore innovazione negli strumenti di perforazione ad alta temperatura, nei materiali e nei metodi di creazione di giacimenti. Saranno essenziali siti dimostrativi che consentano test controllati in condizioni di altissima temperatura. Sebbene tale innovazione sia a portata di mano , il supporto governativo alla ricerca e sviluppo e il sostegno politico – simili a quelli che hanno contribuito a catalizzare il boom dello shale gas – saranno fondamentali per accelerare e potenziare la ricerca, oltre che realizzare il pieno potenziale della geotermia di nuova generazione.

Fissione nucleare

Sia per l’energia nucleare da fissione che per quella da fusione non entro nel merito tecnico, in rete sono disponibili enormi quantità di materiale che spiegano, anche a livello divulgativo, la scienza e la tecnologia che sono alla base di queste fonti energetiche.

Oggi, circa 400 GW di capacità di fissione nucleare sono installati in tutto il mondo, fornendo poco meno del 10% dell'elettricità mondiale. È un pilastro di diverse economie sviluppate: negli Stati Uniti, rappresenta circa il 20% della produzione di elettricità e metà delle fonti ad emissioni nulle di carbonio. In quest’analisi non verranno prese in considerazione le polemiche sterili riguardo la pericolosità delle centrali, dei loro prodotti di scarto, né tanto meno vere e proprie fake news quali quella dei 22.000 morti del 2015 in Giappone, direttamente causati dall’incidente della centrale di Fukushima. Analogamente, in tutta l'UE, la fissione nucleare ha generato il 24% dell'elettricità consumata nel 2024, diventando il singolo maggiore contributore alla produzione di elettricità pulita. La tecnologia svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza energetica, guidare lo sviluppo economico e raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni. Oltre a fornire energia pulita e costante per integrare le crescenti fonti rinnovabili, con l'aumento della domanda di elettricità in molte giurisdizioni, i nuovi progetti nucleari emergenti possono anche essere progettati per fornire calore diretto di qualità medio-alta, contribuendo potenzialmente alla decarbonizzazione di altri settori, i cosiddetti hard-to-abate (duri da abbattere, ovvero che presentano necessità specifiche non copribili con l’elettrificazione). Avevamo incontrato il tema in questo mio post.

Nonostante il suo potenziale, l'implementazione di nuovi reattori nucleari si scontra con ostacoli significativi. La maggior parte della flotta di reattori attualmente operativa in tutto il mondo è stata costruita decenni fa e le industrie che supportano questi grandi progetti ad alta intensità di capitale si sono da allora atrofizzate a causa della carenza di nuove costruzioni nucleari. La mancanza di una base industriale e di una forza lavoro consolidate può portare a ritardi nei progetti e sforamenti dei costi, che sono stati una caratteristica di progetti nucleari una tantum nel corso del XXI secolo). Un po’ dappertutto è venuta a mancare una strategia completa per la commercializzazione e l'implementazione di nuovi impianti/reattori nucleari su larga scala. In Europa numerosi stati membri dell'UE hanno espresso intenzioni ambiziose in merito all'implementazione del nucleare, ma restano lacune politiche, finanziarie e normative che devono essere affrontate prima che il potenziale della prossima ondata di implementazione nucleare possa essere pienamente realizzato. Senza considerare gli ostacoli che derivano da una parte consistente dell’opinione pubblica che, a torto o a ragione, contrasta fin dalla fase progettuale, l’installazione di centrali a fissione.

Fusione nucleare

Densità energetica del combustibile per fusione a confronto con altre fonti (IAEA)

Come noto questa tecnologia promette di produrre energia con un impatto ambientale minimo, generando solo scorie di bassa attività e utilizzando abbondanti fonti di combustibile reperibili sulla Terra.

Nonostante i significativi progressi compiuti nell'ultimo decennio e le importanti scoperte scientifiche e ingegneristiche, l'energia da fusione non è ancora disponibile commercialmente. Le aziende del settore privato stimano che nel prossimo decennio saranno disponibili macchine commercialmente valide, ma questo è diventato una sorta di ritornello che ogni dieci anni viene ripetuto. La tecnologia disponibile è ancora in gran parte sperimentale. Mancando inoltre i quadri normativi e le politiche specifiche per la tecnologia questi saranno fattori critici per la riuscita integrazione dell'energia da fusione nel settore elettrico. A parte Regno Unito e Stati Uniti negli altri paesi tutto tace.

Le sfide economiche che i progetti di fusione devono affrontare sono considerevoli e molteplici. Uno dei problemi principali è l'elevato investimento di capitale iniziale richiesto per la ricerca e lo sviluppo, nonché per la costruzione di macchine sperimentali e dimostrative. Il rischio tecnologico e i lunghi tempi di commercializzazione possono scoraggiare gli investimenti privati, poiché gli investitori spesso cercano rendimenti più rapidi e a basso rischio sul loro capitale.

Energia fossile con cattura e stoccaggio del carbonio

In passato ho avuto modo di trattare l’argomento relativo alla rimozione del biossido di carbonio dall’atmosfera.

Le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) separano il biossido di carbonio (CO₂) emesso da fonti puntuali e lo iniettano in formazioni geologiche profonde per uno stoccaggio permanente, impedendone così il rilascio in atmosfera. Nel sistema elettrico, la CCS può essere installata a posteriori su centrali elettriche a gas o a carbone esistenti o integrata in nuovi progetti di centrali elettriche. Nella maggior parte delle proposte attuali, il CO₂ viene separato dai gas di scarico delle centrali elettriche standard, ma altri approcci comprovati includono la combustione del combustibile in ossigeno e CO₂ o la separazione della CO₂ dal gas di sintesi (syngas) prodotto dalla gassificazione del carbone. Il CO₂ catturato viene in genere purificato, compresso e quindi trasportato in luoghi idonei per uno stoccaggio sotterraneo sicuro.

La tecnologia CCS ad alti tassi di cattura e abbinata a controlli del metano a monte può fornire energia distribuibile durante la transizione del sistema elettrico. Le centrali elettriche abilitate alla CCS possono svolgere diversi ruoli operativi, sia come risorse di generazione di base che con incrementi e riduzioni flessibili per integrare le fonti rinnovabili variabili. Dopo un decennio di progressi tecnici e un significativo supporto politico in alcune regioni, le prime centrali elettriche ad alto potenziale e alimentate a gas prodotto grazie alla CCS, sono in fase di implementazione negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Per ampliare ulteriormente la CCS, saranno necessari maggiori incentivi, lo sviluppo di infrastrutture di trasporto e stoccaggio, e soprattutto un coinvolgimento proattivo di tutti i soggetti, pubblici e privati. 

Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS)

Flusso di risorse di biomasse o materie prime per bioenergie con CCS

I sistemi di bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS) combinano processi per convertire le risorse di biomassa o materie prime in forme di energia utilizzabili con tecnologie per la cattura e lo stoccaggio permanente delle emissioni di CO₂. Questi sistemi offrono il potenziale per rimuovere il CO₂ dall’atmosfera fornendo energia a zero o a basse emissioni di carbonio lungo tutto il ciclo di vita.

I sistemi BECCS termochimici, come la combustione e la gassificazione, possono generare elettricità per il settore energetico, sequestrando al contempo il carbonio atmosferico in depositi geologici. Questi processi termochimici sono generalmente flessibili in termini di risorse di biomassa utilizzate, ma sono in genere più pratici con materie prime a bassa umidità e ad alto contenuto di lignina, come i diradamenti forestali (il diradamento è l'atto di rimuovere selettivamente gli alberi in un bosco per ridurre la competizione complessiva; permettendo agli alberi lasciati di crescere più grandi e sani grazie al maggiore accesso alla luce solare, all'acqua e ai nutrienti presenti nel terreno) o colture energetiche dedicate come il pioppo. Il BECCS per l'energia elettrica tramite gassificazione (per produrre gas di sintesi che può essere bruciato in una turbina a gas o in un sistema a ciclo combinato) offre vantaggi rispetto alla combustione diretta, tra cui una maggiore efficienza e un flusso di CO₂ più concentrato per la cattura e lo stoccaggio; tuttavia, è tecnicamente complesso e meno maturo su larga scala.

Si prevede che la BECCS nel settore energetico sarà limitata a circa il 5% della produzione di energia a livello globale, e sarà utilizzata come complemento alle fonti rinnovabili variabili, immettendo l'elettricità nella rete quando la loro produzione è limitata. In generale, l'uso della biomassa per l'energia elettrica è considerato un percorso meno efficiente, proprio perché l’utilizzo delle risorse di biomassa nei settori difficili da decarbonizzare è scarsamente produttivo . Tuttavia, la BECCS ha il potenziale per produrre energia e rimuovere centinaia di milioni di tonnellate di CO₂ l’anno.

Nonostante il potenziale di generare emissioni di gas serra negative, il BECCS per l'energia deve affrontare diverse sfide significative, tra cui l'approvvigionamento sostenibile di risorse di biomassa, la creazione di catene di approvvigionamento per materie prime benefiche per il clima, l'ampliamento delle infrastrutture di cattura e stoccaggio del carbonio, gli elevati costi di capitale e i progressi tecnologici nella bioconversione.

Idrogeno pulito

Catena di fornitura dell'elettrolisi e della combustione dell'idrogeno

La combustione dell'idrogeno nelle centrali elettriche genera vapore acqueo come unico sottoprodotto diretto e può, in teoria, ridurre a zero le emissioni di gas serra (GHG, Greenhouse Gases). Pertanto, è tecnicamente possibile utilizzarlo con emissioni a monte minime, allo scopo di generare elettricità a basse emissioni, sia in impianti a gas riqualificati che in nuove turbine a idrogeno.

Tuttavia, è improbabile che l'idrogeno svolga un ruolo importante nella decarbonizzazione dei sistemi energetici. L'idrogeno a basse emissioni di carbonio può essere prodotto dal gas naturale tramite reforming del metano con vapore e cattura e stoccaggio del carbonio, ma questa opzione soffre di perdite di metano a monte che limitano il potenziale di riduzione dei gas serra e comportano elevati costi di abbattimento delle emissioni di carbonio. Nel frattempo, l'idrogeno verde prodotto tramite elettrolisi dell'acqua utilizzando elettricità pulita e successivamente bruciato per la produzione di energia ha un'efficienza di andata e ritorno di appena il 24%; tre quarti dell'elettricità pulita utilizzata viene persa nel processo. Pertanto, l'uso dell'idrogeno verde come fonte di combustibile nel settore elettrico ha senso solo quando esiste una differenza di valore molto elevata tra l'elettricità utilizzata per produrre l'idrogeno e l'elettricità che l'idrogeno viene utilizzato per generare, e quando altri approcci di stoccaggio più efficienti non sono economici a causa dei limiti di durata.

Nonostante la sua bassa efficienza, l'idrogeno potrebbe trovare un suo spazio di nicchia nel ruolo di accumulo di energia elettrica a lunghissima durata, grazie al costo estremamente basso dello stoccaggio sotterraneo. L'idrogeno potrebbe anche essere prodotto in un luogo con input di energia elettrica a basso costo e trasportato in un altro luogo per essere utilizzato come combustibile. Tuttavia, questa opzione deve essere valutata nel contesto di un'analisi completa dei costi di sistema, considerando altre opzioni di generazione e stoccaggio pulite, incluso un resoconto completo dei requisiti infrastrutturali necessari per lo stoccaggio dell'idrogeno (ad esempio, trasporto e stoccaggio dell'idrogeno).